XRF

XRF X-Ray Fluorescence:

XRF X - R ay F luorescence Tommy Tallqvist Spectral Solutions Laboratorioalan luentopäivät 2007

Elektromagneettinen säteily Röntgen-säteily:

Elektromagneettinen säteily Röntgen-säteily

Karakteristisen säteilyn synty Sisempien kuorien elektronien siirtymät:

Karakteristisen säteilyn synty Sisempien kuorien elektronien siirtymät

Alkuaineanalyysi käyttäen elektromagneettista säteilyä: “Röntgen säteily“:

Alkuaineanalyysi käyttäen elektromagneettista säteilyä: “Röntgen säteily“ Karakterististen röntgensäteiden emissio XRF X-ray Fluorescence Analysis Atomin sisempien kuorien elektronien siirtymät Karakteristisen röntgen säteilyn energia on riippumaton kemiallisesta sidosenergiasta Kiinteät ja nestemäiset näytteet voidaan mitata suoraan Näytettä tuhoamaton tekniikka

Näytteet:

Näytteet

X-ray Fluorescence Analysis Aallonpituus dispersiivinen XRF ( WD-XRF ):

X-ray Fluorescence Analysis Aallonpituus dispersiivinen XRF ( WD-XRF ) Analysaattorin kiteet erottavat aallonpituudet l (energiat) toisistaan Detektori mittaa ainoastaan Rtg fotonien määrää N ko. aallonpituudella (energialla) X-ray tube Sample Detector N l

WDXRF- Röntgen flueresenssi :

WDXRF- Röntgen flueresenssi Kvantitatiivinen ja kvalitativinen analyysi Nopea ja helppo näytteenkäsittely Alkuaineet Be-U määritettävissä eri matriiseista Kevyet alkuaineet B,C,N,O ja F määritettävissä Standarditon analyysi eri matriiseista Pitoisuusalue ppm – 100 % Hyvä tarkkuus ja toistettavuus (jopa 0,05% rel) Tyypilliset havaitsemisrajat ~1 – 10 ppm

WDXRF-laitteiden kehitys:

WDXRF-laitteiden kehitys

X-ray Fluorescence Analysis Energia dispersiivinen XRF (EDX , ED-XRF):

X-ray Fluorescence Analysis Energia dispersiivinen XRF (EDX , ED-XRF) Detektori mittaa sekä Rtg fotonien energiaa E että määrää N X-ray tube Sample Detector E , N

EDXRF- Röntgen fluoresenssi :

EDXRF- Röntgen fluoresenssi Kvantitatiivinen ja kvalitatiivinen analyysi Nopea ja helppo näytteenkäsittely Alkuaineet Na (B)-U määritettävissä eri matriiseista Kannettavat laitteet K-U Standarditon analyysi eri matriiseista Pitoisuusalue ppm – 100 % Tyypilliset havaitsemisrajat ~10 – 100 ppm kevyissä matriisessa Tietylle analyysille rakennetut laitteet tavallisia (esim. S dieselissä)

EDXRF-laitteiden kehitys Detektori Teknologia:

EDXRF-laitteiden kehitys Detektori Teknologia 1997 Esiteltiin XFlash® SDD detektori Kehitetty avaruustutkimukseen (Mistä pirusta saisi neste typpeä Marsiin?) Mitä yhteistä on EDXRF:llä ja Mars lennoilla?

Silicon Drift Diode (SDD2):

Silicon Drift Diode (SDD2) Rengasrakenne Erittäin matala kapasitanssi Peltier jäähdytetty 138 eV energia resoluutio Pulssimäärä 400 000 cps ≤ 1.000.000 cps input Määritys alue Na (11)-U EDXRF-laitteiden kehitys Detektori Teknologia

Slide 13:

Uusi pisara rakenne 10 mm² aktiivinen alue Energia resoluutio: ≤127 eV Herkkä detektori ikkuna Määritysalue Boori (5)-U Pulssimäärä: ≤ 275 kcps Silicon Drift Diode (SDD 3 ) - 3:s sukupolvi EDXRF-laitteiden kehitys Detektori Teknologia

EDXRF-laitteiden kehitys Detektori Teknologia:

Aktiivinen alue: 40 mm² (4 x 10 mm²) Mitat: 14 x 14 mm Malli : „Tear Drop“ Jäähdytys : Peltier QUAD SD³ Detektori Moduli EDXRF-laitteiden kehitys Detektori Teknologia

EDXRF-laitteiden kehitys:

EDXRF-laitteiden kehitys

EDXRF-laitteiden kehitys:

EDXRF-laitteiden kehitys Havainointiraja esimerkkejä EDXRF voiteluöljy matriisi: Mg 12 µg/g Zn 1,3 µg/g Si 1.4 µg/g Mo 1,0 µg/g P 0,3 µg/g Ba 1,0 µg/g S 0,2 µg/g Pb 5 µg/g Cl 0,3 µg/g K 2,3 µg/g Ca 0,7 µg/g Fe 0,8 µg/g Cu 1,7 µg/g

EDXRF sovelluksia:

EDXRF sovelluksia WDXRF-laitteiden varalaitteet RHOS-WEEE (elektroniikan raskasmetallit) S-analyysit öljytuotteista Voiteluöljyjen seosaineet ja kulumametallit Metallien lajittelu (kannettavat) Saastuneet maat (kannettavat) Pinnoitteiden paksuusmittaukset (Cu piirilevyllä) Fe-pitoisuus kalkkikivessä Si-pinnoitus paperilla Muovien lisäaineet (Zn-steraatti muovissa)

Miksi Mikro-XRF?:

Miksi Mikro-XRF? Näytteen koko on liian pieni tavalliselle XRF laitteelle Alkuainejakauma halutaan tietää Näytteenosan mittaus ilman että näytettä rikotaan (esim. Piirikortit)

Tavallisesta mittauksesta µ-analyysiin:

Tavallisesta mittauksesta µ-analyysiin RTG lähde Näyte Lateraalinen resoluutio µm² Primääri säteily Kohdistettu Primääri säteily Lateraalinen resoluutio cm²

µ-XRF laite:

µ-XRF laite Suuri ja helppokäyttöinen näytekammio - vetolaatikko Hyvä näkyvyys näytteeseen Säteilysuoja RöV, Euratom normien mukaan Moottoroitu näytepöytä 250x250 mm

µ-XRF sovelluksia:

µ-XRF sovelluksia Jalometalli analyysit Partikkelit öljyssä Metallien virheet / sulkeumat Elektroniikka (ROHS/WEEE) Rikostutkimus

Jalometallianalyysit:

Jalometallianalyysit µ-XRF Jalometalliseokset Korujen valmistus Jalometallien kierrätys Näytettä tuhoamaton tarkka toistettava

Kulumapartikkeleita öljyssä:

Kulumapartikkeleita öljyssä Ovatko kaikki partikkelit samaa seosta ? Mittaus parametrit: 35 keV 0,8 mA 1 sec pro pixel Lateraali resoluutio 200 µm Kokonais pinta-ala 1 cm² Cr Mn Fe Cu Ag Ni

Esimerkkejä vaarallisista aineista elektroniikassa:

Esimerkkejä vaarallisista aineista elektroniikassa Näyte Alkuaine Käyttötarkoitus Komponentit Pb Juotos Br, Sb Palon hidastimet Muovit Pb, Cr(VI) pigmentti Cd, Hg pigmentti Pb Stabilaattori (Pb-stearaatti) Metallit Cr(VI) Pinnoite Paristot Pb, Cd, Hg Epäpuhtaus tai lisäaine

Testaus menettely:

Testaus menettely

Piirikortin kartoitus µ-XRF laitteella:

Piirikortin kartoitus µ-XRF laitteella Cu Sn Pb Br

Slide 27:

Rikostutkimus: ruutijäämät GSR (Gun Shot Residue)

Slide 28:

Tyypillinen patruuna Luoti (Lyijyä, yleensä pinnoitettu teräksellä tai Cu/Zn seoksella) Ruuti (nitroselluloosa) Hylsy (CuZn 72/28) Nallikuppi

Rikostutkimus: ruutijäämät GSR (Gun Shot Residue):

Rikostutkimus: ruutijäämät GSR (Gun Shot Residue) GSR-analyysi uhrista Kartoitus analyysi vaatteista tai iholta Koostumusanalyysi Ampumaetäisyys arviointi GSR-analyysi epäilystä GSR-jäämien etsiminen epäillyn käsistä Koostumusanalyysi

Rikostutkimus: ruutijäämät GSR (Gun Shot Residue):

Rikostutkimus: ruutijäämät GSR (Gun Shot Residue)

Rikostutkimus: ruutijäämät GSR (Gun Shot Residue):

Rikostutkimus: ruutijäämät GSR (Gun Shot Residue)

Slide 32:

XRF : säteenkulma: 45 o / 45 o RTG-putki Näyte Detektori Perinteinen XRF

Slide 33:

Heijastuskulma: 0 o / 90 o RTG-putki Detektori Näytealusta Total reflection X-ray fluorescence (TXRF) Näytteet preparoitava heijastavalle alustalle Kiilloitettu kvartsi tai polyakrylaatti lasilevy Kuivataan ohueksi kerrokseksi, ohut kalvo tai mikropartikkeli

Slide 34:

RTG-putki Metallikeraami 50 W Mo-, (W) kohtio Säteen koko: 1.2 x 0.1 mm 2 Laitteen rakenne Monokromaattori Ni/C monikerros 17.5 keV Detektori Silicon Drift Detector 10 mm 2 XFlash® (optio 30 mm 2 ) Energia resoluutio 160 eV ei nestemäistä typpeä nopea , minimoitu kuollut aika

Slide 35:

Nestemäiset ja suspensiot Partikkelit ja jauheet, suoraan tai liuottamalla Suodattimet , suoraan tai liuottamalla Aerosolit , suoraan Ohut kalvot , suoraan Laaja soveltuvuus eri näytetyypeille Näytetyypit ja näytteen valmistus

Slide 36:

Jopa µg tai ng Ideaalinen nano partikkeleista Biologiset näytteet Veren monitorointi Proteiini tutkimus Analyysi pienimmistä näytemääristä Näytetyypit ja näytteen valmistus

Slide 37:

Näytteenvalmistus liuoksista Sis. Standardin lisäys (neste) Pipetointi 10 – 50 µl näytealustalle Kuivaus (vakuumi tai lämmitys) Näytetyypit ja näytteen valmistus

Slide 38:

Näytteenvalmistus kiinteistä näytteistä Suora valmistus: näytteenjako jauhatus Vain kvalitatiivinen analyysi Hieno jauhatus Myös kvantitointi Näytetyypit ja näytteen valmistus

Slide 39:

Tavallinen XRF Spektrometri rajoittuu ppm alueelle TXRF pystyy LDL < 10 ppb (V - Sr liuoksissa) Havainnointirajat jopa 1 ppb Sample: 1 ng Ni Time: 100 s Sensit.: 37 cps/ng LLD: 0.95 pg Sovellukset

Sovellukset:

Sovellukset Ympäristönäytteet: Juomavesinäytteet Pintavesinäytteet Aerosoli analyysit Suodatin näytteet Elintarvikkeet Viinien laadunvalvonta (K, Ca, Fe, Cu) Viinien alkuperän valvonta Biologisetnäytteet Veren ja biologisten mikronäytteiden analyysi,. Syöpälääkityksen seuranta (Pt, Ga jne.) Myrkyllisten aineiden analyysi verestä Siirtymämetallien analyysi peptidi uutteista

Slide 41:

Instrumentaatio Pöytämalli Paino : vain 37 kg Kompakti ja siirrettävä

Slide 42:

Sovellukset Yhteenveto - 3 σ Havainnointirajat Mittausaika 1000 s Matala tausta ≈ matalat havainnointirajat

Slide 43:

Detectable elements: Mo excitation Sovellukset < 10 ppb (V - Sr liuoksissa)